国内外热带气旋强度变化研究现状

影响热带气旋强度变化的因子大致可以分为3类:环境气流与热带气旋环流的相互作用,下垫面与热带气旋环流的相互作用,热带气旋本身的内部结构变化。通过查阅近年来国内外相关文献,对热带气旋强度变化的研究进展进行了论述,为热带气旋强度研究提供参考。     

热带气旋强度变化研究进展

自20世纪90年代后期以来,热带气旋强度变化研究越来越受到人们的重视,随着研究的不断深入,热带气旋强度变化研究取得了可喜的进展,文中总结近年来热带气旋强度变化的主要研究成果,主要包括(1)热带气旋的发生、发展和最大可能强度的研究;(2)行星涡度梯度、环境均匀流、环境流场垂直切变以及热带气旋外流与环境流的相互作用对热带气旋强度的影响及物理机制;(3)热带气旋结构与强度的变化关系,着重总结环境流场导致的非对称结构变化而引起的热带气旋强度变化以及对涡旋倾斜发展理论验证,分析了涡旋Rossby波的最新研究;(4)海洋热状况变化以及海洋飞沫对热带气旋强度的影响研究成果。分析指出,今后进一步开展用现代化卫星探测资料研究热带气旋强度变化外,还应加强热带气旋外流与环境流场的相互作用,海-气交界面的参数化问题,热带气旋结构变化与TC强度变化关系以及这种关系的物理本质的研究,通过深入研究,认识热带气旋强度变化的物理机制,提高热带气旋强度变化的预报能力。     

热带气旋结构和强度变化研究进展

热带气旋结构和强度变化的物理过程和影响因子十分复杂,其登陆过程中海-陆-气三者之间的复杂作用常使其结构和强度发生突变,给热带气旋预报带来较大困难。近年来外场科学试验及数值模拟等科学方法都取得较大改进,在此基础上对热带气旋结构和强度研究取得了新的进展,如热带气旋强度突变及不同下垫面对热带气旋强度变化的影响等。但对热带气旋非对称结构对其强度的影响及热带气旋内部结构变化与其强度之间的联系等问题的研究仍不全面。本文通过查阅国内外相关研究文献,从环境气流、下垫面及内部结构3个主要方面,总结影响热带气旋结构和强度变化的主要因子,以期为改进热带气旋结构和强度的预报方法提供有意义的理论依据。     

影响辽东半岛热带气旋运动、强度和影响的特征

利用1971～2000年常规资料和热带气旋年鉴资料,对30年来影响辽东半岛及黄渤海域热带气旋运动、强度和影响的一般特征进行分析。结果表明：热带气旋活动有着明显的年际变化;热带气旋源地不同,对研究区域的影响程度不同;热带气旋在自南向北的移动过程中,强度和移动速度变化显著;热带气旋移动路径和灾害天气分布也存在较大差异。     

热带气旋垂直倾斜度估算及在强度分析中的应用

该文给出了热带气旋暖心垂直倾斜度参数F_TC-VGP(TC vertical gradient parameter) 的定义。使用卫星微波遥感的温度垂直分布以及热带气旋最佳路径数据等资料,对2009—2011年典型热带气旋的暖心垂直倾斜度进行计算,并研究其与气旋强度变化的关系。结果表明:暖心垂直倾斜度参数F_TC-VGP变化与气旋自身强度变化有较好的对应性,该参数的变化能够明显地指示气旋强度增强、减弱以及强度突变, 能够指示环境场变化 (冷空气侵入) 等;其与气旋强度变化的周期不同,在强度增强或减弱阶段,倾斜度参数是经过快速适应性调整才完成了对热带气旋变化过程的贡献。因此,F_TC-VGP参数的计算和研究结果实现了对于热带气旋内部三维结构特征的定量描述,可以准确把握热带气旋强度和变化趋势,并对热带气旋的监测、预报具有一定业务参考价值。     

Revisiting the response of western North Pacific tropical cyclone intensity change to vertical wind shear in different directions

不同方向垂直风切变对热带气旋强度变化的影响存在明显差异,但对热带气旋无维强度变化的影响却差异较小.研究发现不同方向垂直风切变对无维强度变化的影响的细微差异与热带气旋周围的高层西风槽,倒槽,低层季风槽等天气系统配置有关.这一结果表明,在研究不同方向切变对热带气旋强度变化的影响时,除了下垫面热力作用外,还应考虑与切变相关的天气尺度系统的热,动力作用.     

热带气旋“巴威”北上引发辽宁省强降水的形成机制分析

利用地面观测资料、多普勒雷达资料、中央气象台热带气旋资料、数值模式预报资料以及全球再分析资料等,对北上热带气旋(TC)“巴威”引发的辽宁不同阶段降水特征和强降水形成机制进行分析。结果表明：(1)北上热带气旋“巴威”影响下,辽宁强降水过程分为TC远距离影响、外围螺旋雨带影响和TC本体影响三个阶段;前两个阶段辽宁均产生了对流性强降水,第二阶段对流强度弱于第一阶段,而第三阶段辽宁产生稳定性降水,降水强度偏弱。(2) TC北上过程中为辽宁降水提供持续的水汽和能量输送,前两个阶段均存在干冷空气作用和锋生强迫动力机制：TC输送的暖湿气流与辽宁境内干冷空气相互作用产生较强锋生,通过锋生强迫作用,第一阶段在对流不稳定下激发垂直对流,而第二阶段在湿对称不稳定下形成倾斜对流。TC本体影响阶段,TC强度快速减弱,辽宁位于TC热动力均减弱明显的偏西侧,同时缺乏适当的冷空气而锋生较弱,导致降水偏弱。(3) TC外围螺旋雨带影响时,强降水与850 h Pa强锋生区域基本吻合,对TC降水预报具有一定指示作用。     

影响山东的热带气旋年际和年代际变化

利用1949-2006年热带气旋年鉴资料对58年来影响山东的热带气旋频数和强度,以及热带气旋引起的暴雨和大风进行了气候统计学分析.分析表明:7月下旬至8月下旬是热带气旋影响山东的主要时段.影响山东的热带气旋具有明显的年代际变化,并存在显著的2.4年和5年左右的周期变化,但影响山东的热带气旋强度呈明显减弱趋势,年代际变化不明显;8月份影响山东的热带气旋最多,极易发生洪涝和强风灾害,所造成的暴雨和大风的次数与热带气旋频数的变化较为一致.通过分析影响山东热带气旋活动与太平洋海温和西太平洋副高的关系,指出,北太平洋海温关键区以及西太平洋副高的气候变化对热带气旋活动有着很重要的作用.     

热带气旋研究和业务预报进展—第九届世界气象组织热带气旋国际研讨会（IWTC-9）综述

2018年12月3—7日在美国夏威夷召开的第九届世界气象组织热带气旋国际研讨会对国际热带气旋研究和预报预警业务的近期进展进行了充分回顾,并对未来的发展方向进行了系统研讨。过去4年（2015—2018年）,在热带波动和对流对热带气旋生成的影响、复杂环境影响热带气旋路径转向的机理、对流和风垂直切变对热带气旋强度变化的作用机制、双眼墙形成和替换机理、热带气旋变性过程对环境条件的响应、热带气旋气候变化特征、热带气旋多平台观测技术等诸多方面的研究取得了显著进展。同时,在热带气旋生成概率预报、全球模式中热带气旋强度预报改进、热带气旋活动次季节业务预测技术发展以及热带气旋预报不确定性理论等方面也取得积极进展。在综述此次会议的相关议题后,简要讨论中国热带气旋研究和业务发展方向。      

影响广西沿海风电场的热带气旋特征分析

对影响广西沿海钦州风电场场址区域热带气旋的频数分布、强度特征、影响分类以及湍流强度的变化特征和等级等进行分析。结果表明:65a间进入钦州风电场影响区域的热带气旋共有69个,平均每年1.06个,多集中出现在7~9月;进入影响区域时热带气旋的强度以热带低压的频数最多,其次为强热带风暴和热带风暴,没有超强台风出现;其中有78%的热带气旋为效益型,16%的热带气旋为防御型,6%的热带气旋为破坏型。当热带气旋中心经过风电场附近时,风向由北风转为南风,风速急剧减小,湍流强度出现突增现象;热带气旋影响期间风电场的湍流强度大于A级,建议风电场选择湍流强度为A级的风电机组。     

EFFECT OF DRY COLD AIR ACTIVITY ON THE OFFSHORE RAPID INTENSIFICATION OF SUPER TYPHOON SAOMAI (2006): A NUMERICAL SIMULATION RESEARCH

Employing the mesoscale WRF (Weather Research and Forecast) model, Super Typhoon Saomai (2006) is simulated. The variation of track and intensity and its offshore rapid intensification process are well demonstrated by the model, and the temperature and humidity patterns associated with the dry cold air activity and their impact on and mechanism of the offshore rapid intensification of Saomai are mainly studied in this paper. The results indicate that high-resolution water vapor imagery can visually reveal the development, evolution, interaction as well as the mutual complementation of the dry cold air activity accompanied with the development of Saomai. The offshore rapid intensification phenomenon of Saomai is closely related to the dry cold air which originates from the upper- and mid- troposphere. Besides, the dry cold air from the upper troposphere is stronger than that from the mid-troposphere. Saomai intensifies as the dry cold air from the northwest moves toward its circulation but weakens when the dry cold air from the southwest is drawn into the storm. Dry cold airflows and their cold advection effect caused by the downward motion across the isentropic surface are favorable to the development of Saomai. The dry cold air always moves along an isentropic surface from the upper troposphere to the mid-troposphere around the typhoon circulation and contributes to Saomai’s abrupt intensity change.     

RESEARCH PROGRESS ON THE STRUCTURE AND INTENSITY CHANGE FOR THE LANDFALLING TROPICAL CYCLONES

Landfalling tropical cyclones(LTCs)include those TCs approaching the land and moving across the coast.Structure and intensity change for LTCs include change of the eye wall,spiral rain band,mesoscale vortices,low-layer shear lines and tornadoes in the envelope region of TC,pre-TC squall lines,remote rain bands,core region intensity and extratropical transition(ET)processes,etc.Structure and intensity change of TC are mainly affected by three aspects,namely,environmental effects,inner core dynamics and underlying surface forcing.Structure and intensity change of coastal TCs will be especially affected by seaboard topography,oceanic stratification above the continental shelf and cold dry continental airflow,etc.Rapid changes of TC intensity,including rapid intensification and sudden weakening and dissipation,are the small probability events which are in lack of effective forecasting techniques up to now.Diagnostic analysis and mechanism study will help improve the understanding and prediction of the rapid change phenomena in TCs.     

冷空气影响辽东半岛热带气旋降水的数值试验

Matsa（0509）是直接登陆辽东半岛的变性台风,利用MM5v3模式对2005年8月8~9日在山东半岛和辽东半岛发生的暴雨过程进行模拟,并通过敏感试验研究冷空气对辽东半岛热带气旋降水的影响。结果表明:冷空气入侵热带气旋外围,对辽东半岛地区对流云团的强度、上升运动及其降水具有明显的增强作用。对流层中下层弱冷空气和对流层中上层较强冷空气的作用,使辽东半岛地区的回波强度和上升运动明显加强,有利于半岛地区暴雨增幅,其中对流层中上层较强冷空气对辽东半岛暴雨的作用显著。无冷空气影响或对流层中下层强冷空气作用时,辽东半岛上空的上升运动和回波强度明显减弱,强对流维持时间短,半岛地区的降水量明显减少。     

两次台风暴雨冷空气影响对比分析

利用常规观测、气象卫星资料及NCEP分析数据等,对台风"麦德姆"(1410)和"苏迪罗"(1513)的冷空气作用形式及对台风暴雨的影响进行对比分析。两个台风在冷空气影响下的强降水分布差异显著:"麦德姆"强降水经向特征明显;"苏迪罗"强降水纬向性较强。冷空气质点运动轨迹显示,"麦德姆"的冷空气沿西北路径入侵,包含西北冷槽和东北冷槽的共同影响;"苏迪罗"冷空气沿偏东路径入侵,冷空气源为单一的东北地区冷槽系统,强度较弱。在垂直方向上,"麦德姆"低层冷空气入侵早于高层,"苏迪罗"则相反。受冷空气不同作用方式影响,"麦德姆"台风倒槽明显,对流层低层冷暖平流较强,锋生显著,正涡度和上升运动沿台风倒槽呈东北—西南向分布;"苏迪罗"对流层低层冷平流及地面锋生均较弱,在台风北侧,低层偏东风急流引起较强的正涡度和上升运动,同时中层冷空气入侵有利于位势不稳定的增强,导致强降水沿台风北侧的偏东风急流呈东西向分布。     

NUMERICAL STUDY OF COLD AIR IMPACT ON RAINFALL REINFORCEMENT ASSOCIATED WITH TROPICAL CYCLONE TALIM (2005): I. IMPACT OF DIFFERENT COLD AIR INTENSITY

In 2005,significant rainfall reinforcement and severe disaster was induced by tropical cyclone(TC) Talim after it made landfall on the east of China.Observational analyses show that it has relationship with cold air intrusion.For investigating the impact of cold air intensity,we make use of Weather Research and Forecasting(WRF) model,the synthesizer of NCEP/NCAR reanalysis data and Japan regional spectral model data,to carry out numerical experiments.Results show that rainfall reinforcement occurs in all experiments.Different intensity of cold air can modify the rainfall distribution and intensity significantly.In the rainfall center,the increment maximum of rainfall is twice as large as that of the minimum.Moderate cold air intrusion may result in the strongest rainfall reinforcement.Different cold air intensity can lead to different motion of low-level convergence lines and fronts.There is a good relationship between the rainfall region and the eastern part of the front.On one hand,strong cold air weakens the TC intensity by its intrusion into the TC center and results in weak convergence and a convergent zone and a rain band shifted southward.On the other hand,weak cold air reduces the convergence and moves the convergent zone and rain band northward.Moderate cold air intrusion maintains strong low-level convergence and high-level divergence,keeping strong upward motion over certain regions.Consequently,the rain band begins to stagnate and rainfall reinforces abruptly therein.     

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅱ:云微物理参数化对强度和路径的影响

在分析云微物理参数化对云结构和降水特征的影响的基础上,研究云微物理参数化过程对台风"云娜"强度与路径的影响.结果表明:云微物理过程对台风强度和路径有一定影响,其中不考虑雨水蒸发冷却效应后,比其他试验最终地面最大风速强7 m/s以上,但此时登陆地点误差最大,与对照试验偏离150 km左右.我们还从螺旋雨带结构变化及环境风切变影响角度分析台风临近登陆时强度模拟减弱的原因,发现过强的外围螺旋雨带以及环境风场垂直切变对于台风的加深、维持是不利的,他们可能会造成"云娜"临近登陆时强度的下降.不难看出,云微物理过程可以加强甚至产生外螺旋雨带,当外围雨带发展加强之后,可以引起局地辐合强度增强,从而限制了大量水汽和能量向台风内核输送,从而会导致台风强度下降.此外,外围螺旋雨带的发展,还可以从对流层中层带来干冷空气入侵行星边界层;而当入流边界层中雨水下落时,其自身的蒸发也会使周围气块温度下降;这些干冷气团在入流气流的输送下进入台风内核,从而对云墙产生了"冷侵蚀",最终引起台风强度下降.因此,减小上述两方面的模拟误差,应能改进台风"云娜"登陆过程中强度的模拟效果.     

Influence of dust aerosols on eastern Pacific tropical cyclone intensity

热带地区大气的热力学状态对台风的发展起着重要作用.本项研究结果表明,东太平洋台风强度与沙尘AOD之间存在一定的负相关.同时,MERRA-2再分析数据和CMIP6的GCM模拟的分析结果,都表明了低层大气中云对沙尘AOD的负响应.沙尘颗粒物的准直接辐射效应可以解释上述响应:沙尘颗粒物吸收太阳辐射,并用此热量促进云层蒸发.理论上,这种气溶胶驱动的汽化作用会影响台风周围空气的焓.根据台风的潜在强度理论,与沙尘相关的台风强度变化,实则是沙尘的准直接辐射效应引起的台风周围空气焓值变化的结果.     

澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1980—2012年NCEP/NCAR再分析资料及中国气象局的最佳台风路径资料,研究澳大利亚冷空气活动对西北太平洋热带气旋生成的影响。研究发现,北半球夏季925 h Pa经向风超过6 m/s的频数在澳大利亚东北部海域最高,达40 d/a。为此,确定澳大利亚冷空气侵入南北半球低纬的关键区为澳大利亚东北部所罗门海地区,并用该区域经向风风速定义了一个澳大利亚冷空气活动强度指数。该指数与越赤道气流及赤道西风都有很好的相关关系,还与同期的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)显著相关。当SOI偏低(高)时,关键区经向风风速偏强(弱)。合成分析和相关分析结果表明,澳大利亚冷空气活动强、弱年西北太平洋热带气旋生成的位置的变化与季风槽的变化一致,西北太平洋热带气旋生成总数则无显著差异。澳大利亚冷空气活动强年季风槽偏强偏东,热带气旋生成位置偏东偏南;而弱年季风槽偏弱偏西,热带气旋生成位置偏西偏北。低层涡度场、水汽输送、风垂直切变以及低纬地区对流活动的分布表明,澳大利亚冷空气活动强年有利于热带气旋生成位置偏东、偏南;弱年偏西、偏北。     

An Atmospheric Dry Intrusion Parameter and Its Application

Dry intrusion plays an important role in the explosive development of cyclones and the evolution of cold fronts. Characteristics of dry intrusion during a rainfall event that occurred in northern China are analyzed in detail in this paper. The IM (ingredients-based methodology) developed by Doswell et al. in 1996 and Wetzel and Martin in 2001 is utilized. All the physical representations of dry intrusion defined in the past studies, such as low relative humidity, cold advection, and high potential vorticity (on either isobaric or isentropic surfaces), are combined into a simple and convenient physical parameter to characterize dry intrusion. This is a new attempt to extend the IM that was primarily applied to research on heavy rainfall to the study of dry intrusion. The new dry intrusion parameter is used to analyze the isentropic evolution of dry intrusion during the rainfall event. The results show that this parameter can better quantify the intensity of dry intrusion and diagnose its evolution shown in satellite infrared and water vapor imageries.It is found that dry intrusion maintains during the rainfall period. The intensity of precipitation increases with the increasing dry intrusion, which has pushed the rainy region southeastward. From the results on the isentropic surface and the corresponding isobaric surface,it is inferred that the analyses of dry intrusion on both surfaces are consistent with each other. The isentropic analysis of dry intrusion reveals that cold and dry air at the upper level overruns that in the lower troposphere where moist and warm air is located.Thus, potential instability is built up in the vertical direction, which favors the occurrence of precipitation.In practice,we may identify dry intrusion regions by tracking strong signals of the dry intrusion parameter,and further identify the instability near the dry intrusion regions.This will aid in improving the accuracy of precipitation forecast.